一.簡(jiǎn)介

      隨著家用電器、電動(dòng)工具、儀器儀表、電動(dòng)玩具、通信和交通等領(lǐng)域產(chǎn)品的發(fā)展, 微電機(jī)的需求增長(zhǎng)很快。其中微電機(jī)繞組是微電機(jī)的重要部件， 繞組的好壞直接影響到電機(jī)的可靠性和運(yùn)行性能。一種高質(zhì)量的繞組離和高性能的繞線機(jī)是密不可分的，而制造高性能的繞線機(jī)離不開(kāi)高性能的伺服驅(qū)動(dòng)器。

     而目前繞線機(jī)的市場(chǎng)可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機(jī)、環(huán)型繞線機(jī)、定轉(zhuǎn)子繞線機(jī)、轉(zhuǎn)子繞線機(jī)和紡織繞線機(jī)等。本文介紹一種使用英威騰伺服驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)部件的全自動(dòng)雙飛叉繞線機(jī)，以及英威騰伺服在該繞線機(jī)上的應(yīng)用案例。該繞線機(jī)主要用于電機(jī)，電器繞組的制造，是電子工業(yè)中的重要工裝設(shè)備。

二.工作原理

     雙飛叉數(shù)控全自動(dòng)轉(zhuǎn)子繞線機(jī)采用的是有三套伺服電機(jī)的控制系統(tǒng), 兩個(gè)電機(jī)用于雙飛叉, 一個(gè)電機(jī)用于分度?？刂葡到y(tǒng)主要采用氣動(dòng)控制, 氣動(dòng)系統(tǒng)主要由電磁閥和氣缸并配合傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。為便于程序控制和檢修, 整機(jī)可分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種,采用PLC和觸摸屏相結(jié)合的方案。系統(tǒng)框圖如圖所示。

三.工藝流程及主要技術(shù)指標(biāo)

     全自動(dòng)雙飛叉轉(zhuǎn)子繞線機(jī)的工藝流程為: 操作者放好工件, 按下啟動(dòng)按鈕, 系統(tǒng)初始化( 參數(shù)輸入輸出及顯示、故障檢測(cè)報(bào)警及處理、人工復(fù)位處理程序、張力控制程序、各參數(shù)運(yùn)算及處理) →繞線主程序→飛叉定位→夾具合攏、轉(zhuǎn)子定位→轉(zhuǎn)子分度處理、嵌線→飛叉繞線→整個(gè)轉(zhuǎn)子是否完畢→嵌最后一次線→是否停止工作→結(jié)束。

     繞線機(jī)要求完成自動(dòng)裝夾、自動(dòng)繞線、自動(dòng)分度、自動(dòng)嵌線、自動(dòng)夾線、自動(dòng)剪線等工序。在整個(gè)工藝流程中, 根據(jù)操作者的設(shè)置, 程序能自動(dòng)進(jìn)行判斷。如可根據(jù)不同品種的轉(zhuǎn)子、不同槽數(shù)的要求, 程序會(huì)自動(dòng)判斷分度的角度, 繞制是否完成、轉(zhuǎn)子嵌線的槽溝是否準(zhǔn)確( 通過(guò)編碼器檢測(cè)) 和自動(dòng)反饋校準(zhǔn)等功能。由于考慮了不同規(guī)格的工件, 因而在程序設(shè)計(jì)與夾具制造上更具靈活性, 加工的產(chǎn)品可靠性及成品率高于國(guó)外設(shè)備。

主要技術(shù)指標(biāo)如下:

1) 電源為三相380V±15%, 50 /60Hz;

2) 輸入容量為4.5kVA;

3) 氣源壓力為0.4～0.6MPa;

4) 最高繞線速度為2500r /min;

5) 最大分度速度為2000r /min;

6) 電動(dòng)張力機(jī)構(gòu)為20g～12kg;

7) 轉(zhuǎn)子外徑!20～!60mm;

8) 適用線徑為!0.4～!1.0mm;

9) 控制方式采用PLC 控制;

10)參數(shù)輸入方式采用觸摸屏輸入。

四.方案設(shè)計(jì)

     繞線部分采用雙飛叉結(jié)構(gòu)同時(shí)繞線, 兩個(gè)繞線頭由英威騰CHS100-1R5-2伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)分別驅(qū)動(dòng), 繞線伺服電機(jī)通過(guò)同步帶傳動(dòng)至繞線主軸上, 傳動(dòng)速比可以根據(jù)繞線線徑的要求設(shè)計(jì), 以滿足不同線徑的電機(jī)繞線生產(chǎn)效率的要求。

     分度部分采用的是英威騰CHS100-0R7-2伺服驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)電機(jī), 通過(guò)同步帶傳給分度軸, 夾緊氣缸推動(dòng)分度軸使彈簧夾頭夾緊轉(zhuǎn)子。平行氣缸推動(dòng)鉤線外套, 配合分度電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流子的自動(dòng)掛鉤。鉤線套固定在箱體上,松開(kāi)三個(gè)固定螺釘, 可以調(diào)整鉤線套的掛鉤角度。整個(gè)箱體通過(guò)導(dǎo)軌固定在臺(tái)面上, 可以前后移動(dòng),以調(diào)整轉(zhuǎn)子疊片在繞線模間的位置。

     張力部分采用電控張力器, 漆包線通過(guò)夾緊毛氈, 產(chǎn)生一定的預(yù)張力, 然后在張力輪上纏繞至圈, 通過(guò)導(dǎo)輪進(jìn)入彈力臂, 彈力臂的作用主要能使漆包線始終處于拉緊狀態(tài), 再通過(guò)導(dǎo)輪進(jìn)入繞線主軸。電控張力器的核心部分是電控張力單元, 通過(guò)給它加上不同的電壓, 在它的輸出軸上產(chǎn)生不同的靜力矩, 從而帶動(dòng)張力輪使漆包線產(chǎn)生不同的張力。

     PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成的核心, 采用三菱FX2N-80MR PLC，動(dòng)作傳輸信號(hào)采用按鈕、接近開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)等與輸人端相連, 輸出端直接和主要控制信號(hào)的電磁閥、指示燈、 報(bào)警信號(hào)等相連。各種控制邏輯及時(shí)間控制全在PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn), 工作過(guò)程可在觸摸屏上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。PLC控制流程如下圖所示：

     繞線機(jī)與人的交互通過(guò)來(lái)觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)，繞線機(jī)控制系統(tǒng)軟件有三種工作狀態(tài): 編輯狀態(tài)、手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)。在編輯狀態(tài)下, 進(jìn)行參數(shù)輸入、讀出和修改, 使機(jī)器能適應(yīng)不同繞線線徑、不同規(guī)格轉(zhuǎn)子的繞制; 手動(dòng)狀態(tài)下, 通過(guò)點(diǎn)動(dòng)按鈕控制機(jī)器動(dòng)作完成繞線運(yùn)動(dòng); 自動(dòng)狀態(tài)下, 繞線機(jī)按工作流程自動(dòng)執(zhí)行轉(zhuǎn)子線圈的繞制。軟件界面: 整機(jī)電源接通后, 顯示主頁(yè), 之后顯示如下 所示畫(huà)面。

     這時(shí)用手觸摸“參數(shù)修改”, 會(huì)彈出“請(qǐng)輸入密碼”及彈出一鍵盤(pán), 在鍵盤(pán)上輸入密碼, 密碼正確, 就會(huì)進(jìn)入?yún)?shù)讀出及參數(shù)修改畫(huà)面。每一屏可以顯示六個(gè)參數(shù)號(hào)碼、參數(shù)意義及單位。如果要修改參數(shù), 用手輕觸參數(shù)號(hào)碼鍵, 在彈出的鍵盤(pán)上按動(dòng)數(shù)字鍵, 輸入所需的參數(shù)值。本機(jī)參數(shù)設(shè)定包括繞線加速時(shí)間、自動(dòng)繞線速度、點(diǎn)動(dòng)繞線速度、分度加速時(shí)間、自動(dòng)分度速度、點(diǎn)動(dòng)分度速度、換向器嵌槽數(shù)、線包匝數(shù)、鐵芯迭片槽數(shù)、轉(zhuǎn)子定位微調(diào)角、飛叉掛線擺角、飛叉擺動(dòng)速度、繞線張力、延時(shí)剪嵌線時(shí)間、剪嵌線保持時(shí)間等等, 本設(shè)計(jì)可存儲(chǔ)二十個(gè)不同規(guī)格的轉(zhuǎn)子型號(hào)及其參數(shù)。

五.總結(jié)

     使用英威騰伺服驅(qū)動(dòng)器的該全自動(dòng)雙飛叉轉(zhuǎn)子繞線機(jī)達(dá)到以下性能指標(biāo)：

1. 飛叉額定繞線轉(zhuǎn)速可以達(dá)到2500rpm以上；
2. 飛叉、分度加速度均可達(dá)到200KHz以上；
3. 繞線飛叉電機(jī)精度0.2度、分度電機(jī)精度0.01度 ；
4. 飛叉到位收斂速度快，無(wú)拖尾現(xiàn)象。

      除此之外，英威騰伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于雕銑機(jī)、剝線機(jī)、水焰切割機(jī)、定子繞線機(jī)、包裝機(jī)等多個(gè)行業(yè)。在一些關(guān)鍵性能指標(biāo)上已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。